JPS6128749B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の要約 この発明は、改善された大気腐蝕耐性を示すア
ルミニウム−亜鉛合金被覆された鉄基材製品、お
よびそのような改良された耐腐蝕性を実現しうる
方法に関するものである。この発明の方法は、こ
の種の被覆された製品を、添付図面の第１図にα
として規定したような前記被覆のアルミニウムお
よび亜鉛に相当する組成に対する単一相域により
支配される温度、好ましくは約343℃（650〓）〜
399℃（750〓）の温度に、アルミニウム−亜鉛合
金被覆オーバーレイを溶解処理する時間にわたつ
て加熱し、かつ少なくとも約177℃（350〓）まで
徐々に冷却することを特徴とする。得られる製品
は、α−アルミニウムのマトリツクス中における
β−亜鉛の微分散物よりなる構造のアルミニウム
−亜鉛合金被覆オーバーレイと、前記オーバーレ
イおよび前記鉄基材の間に介在する薄い金属間層
との組合せの結果、改良された大気腐蝕耐性を特
徴とする。

（産業上の利用分野） この発明は、一般に熱処理された金属被覆鉄基
材製品およびその製品の製造方法に関するもので
ある。さらに詳細には、本発明は、溶解処理にか
けて耐腐蝕性を向上させた、アルミニウム−亜鉛
合金で被覆された連続鋼片もしくは薄鋼板に関す
るものである。

（従来の技術） 下層基材の腐蝕を阻止する手段として鉄製品上
に金属被覆を施こすという発見以来、その寿命を
延ばし或いはその用途範囲を拡大するため被覆製
品の改善を行なうべく研究者は絶えず探求を続け
ている。改善に対するこのような努力は、多くの
道を辿つている。最も顕著な金属被覆の１種は、
たとえば亜鉛メツキ鋼の広範な使用により例示さ
れるように、亜鉛である。

亜鉛メツキ鋼は多くの状態、すなわち非合金化
或いは鉄基材との部分合金化もしくは完全合金化
の状態で、多くの異なる表面仕上げを施こして生
産される。これらの種類および／または仕上げの
全ては、被覆製品における改善を探求する研究者
の努力の結果である。

たとえば、米国特許第2110893号明細書は連続
亜鉛メツキ法を開示しており、この方法は鋼片を
高温酸化炉中に通して鋼片上に酸化物被覆の薄膜
を生ぜしめることからなつている。次いで、この
鋼片を還元性雰囲気を含む第二の炉に通して、鋼
片表面上の酸化物被覆を還元すると共に、不純物
のない密に付着した鉄層を鋼片上に形成させる。
この鋼片を、約456℃（850〓）の温度に保たれた
溶融亜鉛浴に浸漬するまで、還元性雰囲気中に保
つ。次いで、鋼片を空冷して、光沢のあるぴかぴ
かな表面を与える。被覆は、鉄基材と遊離亜鉛の
比較的厚いオーバーレイとの間の薄い鉄−亜鉛金
属間層を特徴とする。このように被覆された製品
は成型可能であるが、光沢の存在により塗装に適
しない表面を与える。

容易に塗装しうる非光沢表面を生ぜしめるた
め、ガルバアニーリングとして知られる方法が開
発され、米国特許第3322558号および第3056694号
明細書に記載されている。ガルバアニーリング法
においては、亜鉛被覆された鋼片を、亜鉛被覆浴
中に浸漬した直後に、亜鉛の溶融温度以上、すな
わち約421℃（790〓）以上に加熱して、亜鉛と被
覆基材鋼との反応を促進させる。この結果、鋼基
材から被覆表面へと金属間層が成長する。かくし
て、カルバアニール処理された鋼片の特徴は、充
分合金化された被覆と光沢の不存在とである。

米国特許第3297499号、第3111435号および第
3028269号はそれぞれ、亜鉛メツキされた鋼片を
アニールすることにより連続亜鉛メツキ鋼におけ
る鋼基材の延性を改善して基材鋼の成型性を向上
させることに向けられている。アルミニウムクラ
ツド鋼基材に関する改善された鋼基材延性は米国
特許第2965963号明細書に記載されており、これ
はアルミニウムクラツド鋼を371〜577℃（700〜
1070〓）の範囲の温度に加熱することを教示して
いる。これら米国特許の各々における方法の特徴
は、被覆製品の後アニーリングに向けられるもの
であつて、被覆自体には或いはその改善には何ら
の認めうる冶金学的作用を及ぼすことなく基材鋼
に変化をもたらすことである。

アルミニウム−亜鉛合金被覆された鋼は、たと
えば米国特許第3343930号、第3393089号、第
3782909号および第4053663号に記載されている。
これら米国特許のアルミニウム−亜鉛合金被覆
は、金属間層と単相構造でなく二相構造を有する
オーバーレイとを特徴とする。特に、被覆オーバ
ーレイを検査すれば、有芯（cored）のアルミニ
ウムリツチな樹枝状晶と亜鉛リツチな樹枝状間成
分とのマトリツクスが示された。これらの特許に
おいては、基材に被覆を施こした後、基材とその
被覆とは高温処理にかけられない。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明に関する問題は、アルミニウムリツチな
マトリツクスを有する金属間層と亜鉛リツチな樹
枝状間成分との独特な相互作用もしくは組合せの
結果である改良されたアルミニウム−亜鉛合金被
覆により、その耐腐蝕性媒体を向上させて、基材
鋼の一体性を維持することである。

（問題点を解決するための手段） 上記に鑑み、本発明によれば、熱処理された金
属被覆鉄基材製品が提供され、その被覆オーバー
レイはアルミニウム−亜鉛合金とこのオーバーレ
イおよび鉄基材との間に介在する薄い金属間層と
からなり、前記オーバーレイの構造はアルミニウ
ムリツチなマトリツクス中における亜鉛の微分散
物からなることを特徴とする。

されに、本発明によれば、被覆の耐腐蝕性を改
善するための熱処理された金属被覆鉄基材製品、
特に、アルミニウム−亜鉛合金被覆鉄基材製品を
製造する方法において、前記アルミニウム−亜鉛
オーバーレイ被覆は25〜70重量％のアルミニウム
と、少量の珪素が添加された残部の主として亜鉛
とからなり、かつ有芯アルミニウムリツチな樹枝
状物と亜鉛リツチな樹枝状構成から成る２相構造
を有しており、前記被覆された鉄製品を前記アル
ミニウム−亜鉛合金の相構造中の前記亜鉛リツチ
な樹枝状間成分の溶解温度まで充分時間加熱して
アルミニウム−亜鉛合金被覆オーバーレイを溶解
処理し、次いで少なくとも約177℃（350〓）まで
徐々に冷却してアルミニウムリツチなマトリツク
ス中における亜鉛の微分散物の被覆オーバーレイ
構造を生成させることを特徴とする。

有利には、アルミニウム−亜鉛合金で被覆され
た鉄片を、好ましくは約343℃（650〓）〜約399
℃（750〓）にて亜鉛リツチな樹枝状間成分の溶
解をもたらすのに充分な時間溶解処理にかけ、次
いで少なくとも177℃（350〓）まで徐々に冷却し
て、アルミニウムリツチなマトリツクス（α−ア
ルミニウム）中における亜鉛リツチな相（β−亜
鉛）の微分散物からなる被覆構造を生ぜしめる。

本発明の目的および利点又は効果は、添付図面
を参照する以下の記載から明白になるであろう。

本発明を、たとえば鋼片の連続熱時浸漬被覆に
より製造されるようなアルミニウム−亜鉛合金被
覆された鉄製品に関して説明し、大気中における
この製品の耐腐蝕性挙動は合金被覆の溶解処理に
より高められる。本発明の貢献を評価するには、
アルミニウム−亜鉛合金被覆鋼の大気腐蝕過程の
メカニズムと形態学とを調べることが役に立つで
あろう。アルミニウム−亜鉛合金被覆という用語
を使用して、上記米国特許第3343930号、第
3393089号、第3782909号および第4053663号の被
覆をも包含させることを意図する。アルミニウム
−亜鉛合金被覆は25〜70重量％のアルミニウム
と、アルミニウム含量の少なくとも0.5重量％の
量の珪素と、残部の実質的に亜鉛とからなつてい
る。これら範囲内で実施しうる多くの被覆組合せ
のうち、好適な組成は大抵の用途に対し、約55％
のアルミニウムと、約1.6％の珪素と残部の亜鉛
とからなるのであり、これを以下55Al−Znと呼
ぶ。

55Al−Zn被覆を検査すれば、亜鉛リツチな樹
枝状間成分を含む有芯アルミニウムリツチ樹枝状
体のマトリツクスと下層の金属間層とを有するオ
ーバーレイが示される。55Al−Zn被覆の大気腐
蝕挙動を検討するため、この挙動を真似る加速実
験研究を行なつた。

（耐腐蝕作用） 実験室の塩化物もしくは硫酸塩溶液に露呈させ
た55Al−Zn被覆に関する腐蝕電位の時間依存性
は、２つの明瞭な水準もしくは段階を反映する。
第一の浸漬の後、被覆は、同一条件下に露呈され
た亜鉛被覆のそれに近似する腐蝕電位を示す。こ
の第一段階の際、被覆の亜鉛リツチな部分が消費
され、その正確な時間は被覆の厚さ（有効亜鉛の
量）と環境の苛酷さ（亜鉛腐蝕の速度）とに依存
する。亜鉛リツチな部分が消耗された後、腐蝕電
位は上昇してアルミニウム被覆のそれに近づく。
この第二段階の際、被覆はアルミニウム被覆のよ
うに挙動し、硫酸塩環境において不動であるが、
塩化物環境において鋼材に対し陽極となる。大気
露出の際の55Al−Zn被覆の挙動は、時間尺度が
大きく延長されるとしても、これら実験溶液にお
いて観察されたものと類似して進行すると思われ
る。被覆の亜鉛リツチな樹枝状間の部分が優先的
に腐蝕する。優先的な亜鉛腐蝕のこの期間に、被
覆は鋼材に対して犠牲となり、薄い鋼板の切断縁
部は亜鉛メツキと同様に保護される。55Al−Zn
被覆の腐蝕における初期全速度は、露出亜鉛の面
積が比較的小さいため、亜鉛メツキ被覆のそれよ
りも小である。

被覆の亜鉛リツチな部分が徐々に腐蝕されるに
つれ、樹枝状間の隙間すなわちボイドが亜鉛およ
びアルミニウムの腐蝕生成物により埋められる。
かくして被覆は、物理的に樹枝状間迷路となつた
亜鉛とアルミニウムとの腐蝕生成物を含むアルミ
ニウムリツチなマトリツクスからなる複合体に変
る。亜鉛とアルミニウムの腐蝕生成物は、腐蝕性
物質が下層の鋼基材に移動するのを防ぐ物理的バ
リヤーとして持続的な保護を与える。

（実施例１、バツチ法） 米国特許第3782909号の加速的冷却によりもた
らされるアルミニウム−亜鉛合金被覆の鋳造時の
構造は、有芯アルミニウムリツチな樹枝状物と亜
鉛リツチな樹枝状間成分とを有する微細な非平衡
的構造である。本発明を実施すれば、米国特許第
3782909号の方法により得られる鋳造時の構造が
変化してα−アルミニウムのマトリツクス中にお
けるβ−亜鉛の微分散物を生成する。これは第１
図を参照して説明することができる。第１図は、
アルミニウム−亜鉛系の部分平衡状態図である。
この状態図のアルミニウムリツチな端部は、αと
名付ける幅広い単一相α域を特徴とする。鋳造時
のアルミニウム−亜鉛被覆鋼をα域内の温度に加
熱すると樹枝状間の亜鉛リツチ成分の溶解をもた
らし、そして次に緩徐に冷却すると、すなわち炉
冷却を行なうとβ−亜鉛沈殿物の微分散をもたら
すことが見出された。鋳造時の構造に比較し、溶
解処理された構造内の亜鉛リツチな相は、もはや
被覆表面から下層の金属間層まで連続的でなくな
る。この溶解処理により、アルミニウム−亜鉛合
金被覆鋼の大気腐蝕挙動が変化する。55Al−Zn
（鋳造時）被覆された鋼材と、本発明により処理
された55Al−Zn被覆鋼材とを田園露出条件にお
いて大気腐蝕速度を比較すると、田園試験地域に
おいて5.5年後に、本発明により処理された被覆
の重量ロスが20％低いことが認められた。

鋳造時のアルミニウム−亜鉛合金被覆鋼は、被
覆後に冷間圧延工程にかけることができる。市販
製品、すなわち約1/3だけ減寸させたものは、約
45〜50Ksi以上、80Ksiを越える引張り強さと、
平滑な光沢のない被覆とを特徴とする。冷間圧延
の間、被覆は厚さが減少し、そして金属間層は微
細な亀裂を発生する。本発明の溶解処理は金属間
層における微細亀裂を治癒させないが、この処理
は亜鉛リツチな網目構造を除去することにより、
金属間層に到る容易な腐蝕経路を除去することが
見出された。この特徴は、第２図と第３図との比
較によつて示される。第２図は、工業環境に22ケ
月露出した試料から採取した従来の鋳造されたま
ま冷間圧延された55Al−Zn被覆鋼の1000倍拡大
図である。被覆１は薄い金属間層２とオーバーレ
イ３とからなつている。オーバーレイ３はボイド
４、すなわち従前の亜鉛リツチな樹枝状間成分の
網目を特徴とし、これはこのような亜鉛リツチな
樹枝状間成分の優先的腐蝕の結果である。金属間
層に到るこの容易な腐蝕経路は、第３図に示した
ような本発明の溶解処理により除去されている。
この図は第２図に類似しているが、試料は399℃
（750〓）にて16時間溶解処理されかつ露出前に炉
冷却された被覆冷間圧延鋼板からのものである。
本発明による溶解処理は、亜鉛リツチな樹枝状間
成分の溶解をもたらし、アルミニウムリツチなマ
トリツクス６中の亜鉛リツチな相５（第３図に斑
点として示す）の微分散物からなるアルミニウム
−亜鉛合金被覆構造を現出させた。冷間圧延被覆
製品における耐腐蝕性を改善するための別の有効
な方法は、鋳造されかつ溶解処理されたアルミニ
ウム−亜鉛合金被覆製品を断面減寸工程にかける
こと、すなわち減寸工程を溶解処理の前から後に
移すことである。

加熱温度の範囲はアルミニウム−亜鉛被覆の組
成に応じて変化することが、第１図を見れば明白
である。55Al−Znに対する最適温度は約343℃
（650〓）以上、好ましくは約343℃（650〓）〜約
399℃（750〓）の範囲内である。この温度におけ
る保持時間は比較的短いものである。樹枝状間亜
鉛リツチ成分の溶解をもたらすには、この温度に
おいて通常僅か数分間を必要とするが、24時間と
いう時間も所望結果を得るのに有害ではない。亜
鉛を過飽和固溶体から沈殿させるには（これは熟
成硬化をもたらしうる）、二相（α＋β）域を通
る冷却速度は、少なくとも177℃（350〓）の温度
までは約83℃/min（150〓/min）を越えてはなら
ない。熟成硬化に関連する問題、たとえば延性低
下は、本出願人により同時出願した「改善延性を
有する熱処理された金属被覆鉄基材製品およびそ
の製造方法」なる名称の出願の主題である。

（実施例２、連続法） 上記の説明は、バツチ式処理による本発明の溶
解処理工程を取扱つている。すなわち、このバツ
チ処理は被覆後の時点で行なわれ、すなわち溶融
アルミニウム−亜鉛被覆浴中への鋼片の浸漬に次
いで被覆固化と周囲温度までの冷却とを行なう。
しかしながら、溶解処理温度における最小時間は
比較的短いので、インラインすなわち連続的な処
理を使用することもできる。本発明のこの局面
は、先ずアルミニウム−亜鉛合金被覆鋼を製造す
るための工業的慣行を考慮かつ理解することによ
り了解されるであろる。この慣行は、米国特許第
3782909号により包含される。本発明の開示によ
り改変される、米国特許第3782909号の慣行を第
４図に図示する。この改変された慣行は、炉１０
内で約690℃（1275〓）の温度まで加熱し、次い
で被覆前に鋼片を還元条件下（保持および冷却域
１２）に維持することにより、溶融アルミニウム
−亜鉛合金被覆を受容するための鋼片基質を製造
する工程を包含する。鋼片は、領域１２を出ると
直ちにアルミニウム−亜鉛合金の溶融被覆浴１４
に浸漬される。被覆浴１４から出た後、鋼片は被
覆重量調節ダイ１６の間を通過して加速冷却域１
８中に入り、ここでアルミニウム−亜鉛合金被覆
をこの被覆の実質的に全固化の際少なくとも11
℃/sec（20〓/sec）の速度で冷却する。55Al−
Zn被覆に対し、加速冷却の温度範囲は約593℃
（1100〓）〜約371℃（700〓）である。完全な固
化の温度に達した時、或いは鋼基材内の残留熱が
前記固化範囲以上に被覆を再加熱させないよう完
全固化を丁度越えたら、固化被覆および鋼基材の
冷却速度を拘束する。すなわち、このように被覆
された鋼基材を溶解処理炉２０にかけ、ここで被
覆製品をα温度範囲、典型的には約371℃（700
〓）〜343℃（650〓）に、アルミニウム−亜鉛合
金被覆の溶解処理を上記したように行ないうるに
足る時間維持する。被覆の溶解処理の後、被覆鋼
片をたとえば空気冷却２２により少なくとも177
℃（350〓）まで徐々に冷却しそしてコイル巻き
２４にする。この連続的すなわちインラインの処
理は、前記バツチ式処理を除去する明らかな利点
を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を実施するための加熱温度の範
囲（単一相α域）を示すアルミニウム−亜鉛二成
分合金に関する部分状態図、第２図は工業環境に
22ケ月間露呈させた後の鋳造されたまま冷間圧延
されたアルミニウム−亜鉛合金被覆鋼板の1000倍
拡大断面写真、第３図は本発明により溶解処理さ
れ、工業環境に22ケ月間露呈させた後の冷間圧延
されたアルミニウム−亜鉛合金被覆鋼板の1000倍
拡大断面写真、第４図は本発明を実施するための
溶解処理手段を組込んだ連続熱時浸漬被覆工程の
略図である。 １……被覆、２……金属間層、３……オーバー
レイ、４……ボイド、５……亜鉛リツチ相、６…
…アルミニウムリツチなマトリツクス、１０……
炉、１２……冷却域、１４……溶融被覆浴、１６
……被覆重量調節ダイ、１８……加速冷却域、２
０……溶解処理炉、２２……空気冷却、２４……
コイル巻き。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 被覆オーバーレイがアルミニウム−亜鉛合金
   および前記オーバーレイと鉄基材との間に介在す
   る薄い金属間層からなり、前記オーバーレイの構
   造はアルミニウムリツチなマトリツクス中におけ
   る亜鉛の微分散物からなることを特徴とする熱処
   理された金属被覆鉄基材製品。 ２ アルミニウム−亜鉛合金が25〜70重量％のア
   ルミニウムと、少量の珪素が添加された残部の主
   として亜鉛とからなることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載の熱処理された金属被覆鉄基材
   製品。 ３ 被覆の耐腐蝕性を改善するための熱処理され
   た金属被覆鉄基材製品、特に、アルミニウム−亜
   鉛合金被覆鉄基材製品を製造する方法において前
   記アルミニウム−亜鉛オーバーレイ被覆は25〜70
   重量％のアルミニウムと、少量の珪素が添加され
   た残部の主として亜鉛とからなり、かつ有芯アル
   ミニウムリツチな樹枝状物と亜鉛リツチな樹枝状
   構成から成る２相構造を有しており、前記被覆さ
   れた鉄製品を前記アルミニウム−亜鉛合金の相構
   造中の前記亜鉛リツチな樹枝状間成分の溶解温度
   まで充分時間加熱してアルミニウム−亜鉛合金被
   覆オーバーレイを溶解処理し、次いで少なくとも
   約177℃（350〓）まで徐々に冷却してアルミニウ
   ムリツチなマトリツクス中における亜鉛の微分散
   物の被覆オーバーレイ構造を生成させることを特
   徴とする熱処理された金属被覆鉄基材製品の製造
   方法。 ４ 溶解処理温度からの冷却が少なくとも約177
   ℃（350〓）の温度までは約83℃/min（150〓/mi
   ｎ）以下であることを特徴とする特許請求の範囲
   第３項記載の熱処理された金属被覆鉄基材製品の
   製造方法。 ５ 加熱温度が約343℃（650〓）以上であること
   を特徴とする特許請求の範囲第３項記載の熱処理
   された金属被覆鉄基材製品の製造方法。 ６ 加熱温度が約343℃（650〓）〜約399℃（750
   〓）の範囲内であることを特徴とする特許請求の
   範囲第５項記載の熱処理された金属被覆鉄基材製
   品の製造方法。 ７ アルミニウム−亜鉛合金被覆製品が加熱前ま
   たは加熱後に断面減寸工程にかけられたシートで
   あることを特徴とする特許請求の範囲第５項記載
   の熱処理された金属被覆鉄基材製品の製造方法。 ８ 断面を約1/3減寸させることを特徴とする特
   許請求の範囲第７項記載の熱処理された金属被覆
   鉄基材製品の製造方法。 ９ 鉄基材製品を先ず溶融アルミニウム−亜鉛合
   金で被覆することからなり、アルミニウム−亜鉛
   合金被覆を被覆の実質上全固化の際少なくとも11
   ℃/sec（20〓/sec）の速度で冷却し、この冷却を
   止めた後に前記被覆鉄製品を前記アルミニウム−
   亜鉛合金の組成に対するα温度範囲内の温度に保
   持して、前記溶解処理を行なうことを特徴とする
   特許請求の範囲第３項乃至第７項のいずれか１項
   に記載の熱処理された金属被覆鉄基材製品の製造
   方法。 １０ 前記全固化範囲が約593℃（1100〓）〜約
   371℃（700〓）であることを特徴とする特許請求
   の範囲第９項記載の熱処理された金属被覆鉄基材
   製品の製造方法。